第二章光辐射的调制.

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第二章无线通信中的调制技术与

调频信号的产生

直接法：载波的频率直接随着输入的调制信号的变化而改变；间接法先用平衡调制器产生一个窄带调频信号，然后通过倍频的方式把载波频率提高到需要的水平。
F动通信中，调频是更为普遍应用的角度调制，这是因为FM不管信号的幅度如何，抗干扰能力都很强; 而在调幅中，正如前面所说的那样，抗干扰能力要弱得多。
0
1
0
ASK调幅 FSK调频
PSK调相
编码技术

为什么要采用编码技术减小信源信息的冗余（信源编码：无损编码/有损编码）增强信息传输中的抗干扰性（信道编码：纠错码）保证信息传输中的保密性（加密编码）
语音编码与语音识别
移动通信中的信源编码技术

在数字通信中，通信质量比模拟通信时有了很大提高；但在移动通信中，由于信道环境等因素的影响，必须采用其它方法来提高传输质量，所以要采用编码技术；
调制 vs. 解调

调制是通过改变高频载波的幅度、相位或者频率，使其随着发送者（信源）基带信号幅度的变化而变化来实现的；而解调则是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者（信宿）处理和理解的过程。
调制在无线通信的作用

频谱搬移：将调制信号转换成适合于传播的已调信号；调制方式往往决定一个通信系统的性能
5. 外层空间传播

电磁波由地面发出（或返回），经低空大气层和电离层而到达外层空间的传播，如卫星传播，宇宙探测等均属于这种远距离传播电磁波穿过电离层外面的空间的传播，基本上当作自由空间中的传播。
各个波段的传播特点

1. 长波传播的特点长波的波长很长(传播比较稳定) 地面的凹凸与其他参数的变化对长波传播的影响可以忽略；长波穿入电离层的深度很浅，受电离层变化的影响很小，电离层对长波的吸收也不大。能以表面波或天波的形式传播

张永林第二版《光电子技术》课后习题答案解析

1.1可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？波长：380~780nm 400~760nm频率：385T~790THz 400T~750THz能量：1.6~3.2eV1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。

辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。

根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。

因为光度参数只适用于0.38~0.78um的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。

而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+dλ范围内发射的辐射通量dΦe，除以该波长λ的光子能量hν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。

1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx，求出该灯的光通量。

Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mW 。

该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm 。

求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、光出射度。

若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的发射比为0.85，求该屏上的光亮度。

32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.362 1.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v v v v v K V lmd I d S Rh R RI cd dI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==52262 4.610/0.0005lm m π=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v v v v v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6从黑体辐射曲线图可以看书，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长随温度T 的升高而减小。

光电子技术概论

§1、问题的提出及概述
•什么是“光电子学”； •什么是“光电子技术”； •什么是“光电子技术基础”；
光电子技术
光通信
无线光通信
量子通信
宽带、高速、长距离（干线，点对点）
城域网
无线接入网
光传感
光纤传感
医疗诊断
生物信息
环境监测
安全监测
其它：光盘、存储、条形码、加工、武器……
波分复用光通信系统
Wavelength Division Multiplexing (WDM)Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA)
➢ 将电子学使用的电磁波频率提高到光频，产生电子学所不可能产生的许多新功能。
➢
以前由电子方法实现的任务现在用光学方法来
完成 ——光电子学，研究光子与束缚电子的
相互作用，是光子学的第一个阶段。
➢ 激光器的发明(1960年)是20世纪的重大成就之一是继原子能、半导体、计算机后的又一重大发明
➢ 计算机延伸了人的大脑而激光延伸了人的五官是探索大自然奥秘的超级“探针”
光电子技术
ELECTRONIC TECNOLOGY
本书主要内容
绪论第1章光电系统中的常用光源第2章光辐射的调制第3章光辐射探测器第4章光电成像器件第5章光存储器第6章平板显示器件
绪论
➢ §1、问题的提出及概述 ➢ §2、光电子学与光电子技术简介 ➢ §3、光电子信息产业的重要性 ➢ §4 、光电子技术的应用 ➢ §5 、本课程的主要内容 ➢ §6 、本课程学习方法、要求
信号
λ1
发射机
光放大器
λ1
功放
预放
λn 复用器
光通信：光波频率~ 1016Hz, 允许高频调制，

光电子技术题库

光电子技术题库选择题1.光通量的单位是（B）.A.坎德拉B.流明C.熙提D.勒克斯2.辐射通量φe的单位是（B）A焦耳(J)B瓦特(W)C每球面度(W/Sr)D坎德拉(cd)3.发光强度的单位是（A）.A.坎德拉B.流明C.熙提D.勒克斯4.光照度的单位是（D）.A.坎德拉B.流明C.熙提D.勒克斯5.激光器的构成一般由（A）组成A.激励能源、谐振腔和工作物质B.固体激光器、液体激光器和气体激光器C.半导体材料、金属半导体材料和PN结材料D.电子、载流子和光子6.硅光二极管在适当偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。

适当偏置是（D）A恒流B自偏置C零伏偏置D反向偏置7.2009年10月6日授予华人高锟诺贝尔物理学奖，提到光纤以SiO2为材料的主要是由于（A）A.传输损耗低B.可实现任何光传输C.不出现瑞利散射D.空间相干性好8.下列哪个不属于激光调制器的是（D）A.电光调制器B.声光调制器C.磁光调制器D.压光调制器9.电光晶体的非线性电光效应主要与（C）有关A.内加电场B.激光波长C.晶体性质D.晶体折射率变化量10.激光调制按其调制的性质有（C）A.连续调制B.脉冲调制C.相位调制D.光伏调制11.不属于光电探测器的是（D）A.光电导探测器B.光伏探测器C.光磁电探测器D.热电探测元件/doc/acc1928dbe23482fb4da4cf5.html D摄像器件的信息是靠（B）存储A.载流子B.电荷C.电子D.声子13.LCD显示器，可以分为（ABCD）A.TN型B.STN型C.TFT型D.DSTN型14.掺杂型探测器是由（D）之间的电子-空穴对符合产生的，激励过程是使半导体中的载流子从平衡状态激发到非平衡状态的激发态。

A.禁带B.分子C.粒子D.能带15.激光具有的优点为相干性好、亮度高及（B）A色性好B单色性好C吸收性强D吸收性弱16.红外辐射的波长为（D）.A100-280nmB380-440nmC640-770nmD770-1000nm17.可见光的波长范围为（C）.A200—300nmB300—380nmC380—780nmD780—1500nm18.一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx，该灯的光通量为（A）.A.848lxB.212lxC.424lxD.106lx19.下列不属于气体放电光源的是（D）.A.汞灯B.氙灯C.铊灯D.卤钨灯20.ＬＣＤ是（Ａ）A.液晶显示器B.光电二极管C.电荷耦合器件D.硅基液晶显示器21.25mm的视像管，靶面的有效高度约为10mm，若可分辨的最多电视行数为400，则相当于（A）线对/mm.A.16B.25C.20D.1822.光电转换定律中的光电流与(B).A温度成正比B光功率成正比C暗电流成正比D光子的能量成正比23.发生拉曼—纳斯衍射必须满足的条件是(A)A超声波频率低，光波平行声波面入射，声光作用长度短B超声波频率高，光波平行声波面入射，声光作用长度短C超声波频率低，光波平行声波面入射，声光作用长度长D超声波频率低，光束与声波面间以一定角度入射，声光作用长度短24.光束调制中，下面不属于外调制的是(C)A声光调制B电光波导调制C半导体光源调制D电光强度调制25.激光具有的优点为相干性好、亮度高及(B)A多色性好B单色性好C吸收性强D吸收性弱26.能发生光电导效应的半导体是(C)A本征型和激子型B本征型和晶格型C本征型和杂质型D本征型和自由载流子型27.电荷耦合器件分(A)A线阵CCD和面阵CCDB线阵CCD和点阵CCDC面阵CCD和体阵CCD D体阵CCD和点阵CCD28.电荷耦合器件的工作过程主要是信号的产生、存储、传输和(C)A计算B显示C检测D输出29.光电探测器的性能参数不包括（D）A光谱特性B光照特性C光电特性D P-I特性30.光敏电阻与其他半导体电器件相比不具有的特点是（B）A.光谱响应范围广B.阈值电流低C.工作电流大D.灵敏度高31.关于LD与LED下列叙述正确的是（C）A.LD和LED都有阈值电流B.LD调制频率远低于LEDC.LD 发光基于自发辐射D.LED可发出相干光32.光敏电阻的光电特性由光电转换因子描述，在强辐射作用下（A）A.γ=0.5B.γ=1C.γ=1.5D.γ=233.硅光二极管主要适用于[D]A紫外光及红外光谱区B可见光及紫外光谱区C可见光区D可见光及红外光谱区34.硅光二极管主要适用于[D]A紫外光及红外光谱区B可见光及紫外光谱区C可见光区D可见光及红外光谱区35.光视效能K为最大值时的波长是（A）A．555nm B.666nm C．777nm D.888nm36.对于P型半导体来说，以下说法正确的是（D）A电子为多子B空穴为少子C能带图中施主能级靠近于导带底D能带图中受主能级靠近于价带顶37.下列光电器件,哪种器件正常工作时需加100-200V的高反压（C）A Si光电二极管B PIN光电二极管C雪崩光电二极管D光电三极管38.对于光敏电阻，下列说法不正确的是：（D）A弱光照下，光电流与照度之间具有良好的线性关系B光敏面作成蛇形，有利于提高灵敏度C光敏电阻具有前历效应D光敏电阻光谱特性的峰值波长，低温时向短波方向移动39.在直接探测系统中,(B)A探测器能响应光波的波动性质,输出的电信号间接表征光波的振幅、频率和相位B探测器只响应入射其上的平均光功率C具有空间滤波能力D具有光谱滤波能力40.对于激光二极管（LD）和发光二极管（LED）来说，下列说法正确的是（D）A LD只能连续发光B LED的单色性比LD要好C LD内部可没有谐振腔D LED辐射光的波长决定于材料的禁带宽41.对于N型半导体来说，以下说法正确的是（A）A费米能级靠近导带底B空穴为多子C电子为少子D费米能级靠近靠近于价带顶42.依据光电器件伏安特性,下列哪些器件不能视为恒流源:（D）A光电二极管B光电三极管C光电倍增管D光电池43.硅光二极管在适当偏置时，其光电流与入射辐射通量有良好的线性关系，且动态范围较大。

第二章光辐射的调制光电技术教学课件

l 1, 2, 3, 4,
5,
6
1 n2
, l
有6个独立的分量。
无电场时，E0，于是
1
n
2
0
1
1
n
2 x
1
n
2
0
2
1
n
2 y
1
n
2
0
3
1
n
2 z
1
0
n 2021/11/20
2 4
1 n2
0
5
1 n2
0
6
0
x2 n2x
y2 n2y
z2 n2z
1
10
施加电场时 E0 ，折射率椭球系数的改变量
和（x2 y）（x2' y）' 绕
z
轴逆时针旋转了45角。
2021/11/20
图. 沿KDP晶体光轴方向加电时，在垂直光轴的平面内折射率主轴发生旋转
15
在新的感应折射率主轴座标系 x ' y ' z下，
折射率椭球方程变为
x'2 y'2 z'2 1
n2 x'
n2 y'
n2 z'
三个感应主轴的折射率分别为
二氢氨 ADP ，铌酸锂 LiNbO3 (记为 LN)等。以下结合KDP加以说明。
KDP为单轴晶体，属立方晶系的点群。有
nx ny no ， nz ne 。
Z
x
光轴: 晶体中有一个方向，光沿这个 y
方向传播不发生双折射，这个方向
叫做光轴。
2021/11/20
13
1. KDP的纵向电光效应
如果沿晶体光轴方向加电场，由于

第二章激光单元技术之调Q实验

1961年底，邓锡铭几乎与国外同时，独立提出了高功率激光Q开关原理。他非常形象地解释：把Q开关比喻为一个稍有漏水(自发辐射跃迁)的抽水马桶，当水箱被灌(光泵注入能量) 满之后水箱底部的盖快速揭开(Q值突变)，水(激光能量)就一涌而出(激光峰值功率输出)。采用调Ｑ技术很容易获得峰值功率高于兆瓦、脉宽为数十个纳秒的激光巨脉冲。
染料调Ｑ结构简单，使用方便，没有电的干扰，但是它是一种被动式Ｑ开关，产生调Ｑ脉冲的时刻有一定的随机性，不能人为的控制。另外，由于饱和吸收时的透过率也不是100%，故有一定的光学损耗，影响调Ｑ的效率。
实验仪器
全反镜电光晶体 4 偏振片聚光腔输出镜电光调Ｑ激光器
调Ｑ模块
镀全反染料盒
危险物上甚至会引起火灾和爆炸。激光器泵浦闪光灯电源、触发电源和调Q电源都使用高
压电，意外触及可造成人身伤害。因此，在实验中应注意以下安全事项： 1、仪器启动后，不准向激光腔内窥视。 2、绝对禁止直接或反射的激光射入眼内，有关人员应配戴激光防护镜。 3、严禁学生实验时打开电源箱外壳，以防剩余电压伤人或损伤仪器。 4、激光器工作时随时注意仪器的运转情况，特别是循环水的流动与否和电源放电声音是否正常。遇异常情况，请迅速关机；待查明异常情况原因并排除后再行开机工作。
②保持输入能量不变的情况下，将BDN染料盒换成1.06m的全反镜，调整
输出最佳，像纸取光斑观察，然后测量三次取平均，即静态输出激光能量。
③数据处理与电光调Q同。
用于测量激光能量的激光功率能量计
注意事项
脉冲Nd:YAG激光器辐射的激光功率非常高，使用过程中稍有不慎，激光束就会损伤身体或物品，轻则烧坏衣物，烧伤皮肤，重则造成眼睛永久性失明；如果照射到某些

光调制

光波的电场强度
1.1光辐射调制的实现
E(t ) Ac cos(ct c )
其中 Ac 振幅
c 角频率 c 相位角
光波具有振幅、频率、相位、强度和偏振等参量，能够通过某种物理效应改变这些参量，使其按照调制信号的规律变化，光波受到信号的调制，形成调制光。
1.2光辐射调制的分类
主轴：晶体中电位移矢量D和电场强度E方向一致的方向 nx， ny和nz为折射率椭球x，y，z方向的折射率，称为主折射率。
x y z 2 2 1 2 nx ny nz
2
2
2
4.1.2 电光效应
在外加电场作用时，主轴坐标系中，导致折射率椭球发生变形，成为以下形式：
1 2 1 2 1 2 1 1 1 x y z 2 yz 2 xz 2 2 2 2 2 2 2 xy 1 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 n 6
ms ms E (t ) Ac cos( c t c ) Ac cos[( c m )t c ] Ac cos[( c m )t c ] 2 2
载频分量边频分量
不再是常量，而是与调制信号成正比。
调幅波频谱
频率调制和相位调制使得光载波的频率和相位随着调制信号的变化规律而改变，两种调制表现为总相角ψ(t)的变化，统称为角度调制。频率调制：
a(t ) Am cosmt
E(t ) Ac cos(ct m f sin mt c )
其中
mf
k f Am
m

m
称为调频系数，kf 称为比例系数
2.3相位调制
相位调制

《光电子技术》狄红卫版..

光电子技术又是一个非常宽泛的概念，它围绕着光信号的产生、传输、处理和接收，涵盖了新材料（新型发光感光材料，非线性光学材料，衬底材料、传输材料和人工材料的微结构等）、微加工和微机电、器件和系统集成等一系列从基础到应用的各个领域。

光电子技术科学是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科。

光子学也可称光电子学，它是研究以光子作为信息载体和能量载体的科学，主要研究光子是如何产生及其运动和转化的规律。

所谓光子技术，主要是研究光子的产生、传输、控制和探测的科学技术。

现在光子学和光子技术在信息、能源、材料、航空航天、生命科学和环境科学技术中的广泛应用，必将促进光子产业的迅猛发展。

光电子学是指光波波段，即红外线、可见光、紫外线和软X射线（频率范围3×1011Hz~3×1016Hz或波长范围1mm~10nm）波段的电子学。

光电子技术在经过80年代与其相关技术相互交叉渗透之后，90年代，其技术和应用取得了飞速发展，在社会信息化中起着越来越重要的作用。

光电子技术研究热点是在光通信领域，这对全球的信息高速公路的建设以及国家经济和科技持续发展起着举足轻重的推动作用。

国内外正掀起一股光子学和光子产业的热潮。

辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。

光纤通信系统中常用的调制方法

光纤通信系统中常用的调制方法一．光纤通信概况1.发展1966年，美籍华人高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表论文，预见了低损耗的光纤能够用于通信，敲开了光纤通信的大门，引起了人们的重视。

1970年，美国康宁公司首次研制成功损耗为20dB ／km的光纤，光纤通信时代由此开始。

由于光纤通信具有损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点，备受业内人士青睐，发展非常迅速。

光纤通信系统的传输容量从1980年到2000年增加了近一万倍，传输速度在过去的10年中大约提高了100倍。

2.基本组成光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。

最基本的光纤通信系统由光发射机、光纤线路和光接收机组成，具体如下图所示二．光调制与解调1.基本概念类似于电通信中对高频载波的调制与解调，在光通信中叶对光信号进行调制与解调。

不管是模拟系统还是数字系统，输入到光发射机带有信息的电信号，都通过调制转换为光信号。

光载波经过光纤线路传输到接收端，再由接收机通过解调把光信号转换为电信号。

2.常用的调制方式根据调制和光源的关系，光调制可分为直接调制和间接调制两类。

直接调制方法是把要传送的信息转变为电信号注入LD或LED，从而获得相应的光信号，是采用电源调制的方法。

间接调制是利用晶体的光电效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光辐射的调制，有电光调制、磁光调制、声光调制、电吸收效应和共振吸收效应等。

本文将详细介绍现在常用的是电光调制和声光调制两种。

三、调制方式的详细介绍1.直接调制（1）调制原理直接对光源进行调制，通过控制半导体激光器的注入电流的大小来改变激光器输出光波的强弱。

传统的 PDH 和 2.5Gbit/s 速率以下的 SDH 系统使用的 LED 或 LD 光源基本上采用的都是这种调制方式。

(2)优缺点a.优点：结构简单、损耗小、成本低。

张永林第二版《光电子技术》课后习题答案解析.doc

1.1可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？波长：380~780nm 400~760nm 频率：385T~790THz 400T~750THz 能量：1.6~3.2eV1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。

辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。

因为光度参数只适用于0.38~0.78um 的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。

而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。

1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m 的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx ，求出该灯的光通量。

Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mW 。

该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm 。

求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、光出射度。

若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的发射比为0.85，求该屏上的光亮度。

32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.3621.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v vv v vK V lm d I d S RhR R I cddI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==52262 4.610/0.0005lm m π=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v vvv v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6从黑体辐射曲线图可以看书，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长随温度T 的升高而减小。

光辐射的调制

光辐射的调制用数字或模拟信号（调制信号）改变光波（信息载波）的幅度、频率或相位，使其按调制信号规律变化，这种过程叫光辐射的调制。

模拟调制：调幅、调频、调相、强度调制•光波的电场强度•振幅调制：载波的振幅随调制信号的规律变化•频率调制和相位调制：光载波的频率或相位随着调制信号的变化规律而改变。

又统称为角度调制。

•强度调制：光载波的强度（光强）随调制信号规律而变化的激光振荡。

)cos()(c c c t A t E φω+=脉冲调制•先用模拟调制信号对一电脉冲序列的某参量（振幅、宽度、频率、位置等）•进行电调制，然后用已调•电脉冲序列对光载波进行•强度调制。

脉冲编码调制•把模拟信号经取样转变成电脉冲序列，进而量化成二进制编码，最后对光载波进行强度调制。

•取样：用一定的脉冲序列来代表连续信号波。

•量化：把抽样后的脉冲调制波做取“整”处理，用有限个数的代表值代表取样值的大小。

•编码：把量化后的数字信号变换成相应的二进制编码。

脉冲编码调制•是是•内调制和外调制。

•内调制即直接调制；•具有简单、经济、•容易实现等优点。

•在高速光通信系统•中，有频率啁啾•等缺点。

•外调制中比较简单易行的是机械调制；在光通信中，比较成熟的有电光调制、声光调制、磁光调制等。

光辐射的机械调制电光效应•电光效应：晶体在外加电场的作用下折射率发生改变，表现出光学各向异性的现象。

•Pockels效应：折射率的改变与外加电场成正比的电光效应。

也称线性电光效应。

•Kerr效应：折射率的变化与外加电场强度的平方成正比。

也称二次电光效应。

KDP 晶体的纵向电光效应•在平行于Z 轴的电场作用下，KDP 由负单轴晶体变成双轴晶体，与新X 轴对应的主折射率：•与新Y 轴对应的主折射率：E n n n 63302101γ−=E n n n 63302102γ+=•对KDP晶体采用45°-Z切割，电场E的方向仍与Z轴平行，KDP晶体变成双轴晶体的情况与纵向电光效应相同。

机械、电光调制

必须在加调制信号电流的同时加一适当的偏置电流Ib，
这样就可以使输出的光信号不失真。
L
输
C LD 直流偏置
~ 调制信号
出功率
t 输出光强信号
(a)
I
调制信号
直流偏置
t
(b)
半导体激光器调制 (a) 电原理图；(b) 调制特性曲线
（2）半导体发光二极管（LED）的调制特性
半导体发光二极管由于不是阈值器件，它的输出光功率不像半导体激光器那样会随注入电流的变化
第二章光辐射的调制
2.1 机械调制 2.2 电光调制 2.3 声光调制 2.4 磁光调制
光辐射的调制是用数字或模拟信号改变光波波形的幅度、频率或相位的过程。即使传播的光波携带信息的过程。
在光通信系统中，需要把声音、图像、数据信息加载到光
波上进行传输。在接收端再从调制光中解调出所需信息。
在光电检测、控制系统中，使探测光为调制光，可以比非调制光具
压。
两个线偏振光射出晶体时有光程差：
(n2
n3 )L
(n0
ne
)L
1 2
n03
63EL
则相位差为：
2
2
(n0
ne )L
n03 63U
L d
消除自然双折射
2
n03 63U
L d
横向电光效应的优点：
适当地增加 L/d ，就可以增强电光效应的作用而
降低晶体上所需的电压；电极设在横向，不影响光的
而发生突变，因此，LED的P－I 特性曲线的线性比
较好。
+Ec
Pout
LED Ic已调
Ub
光波
t
Ico

《光电子技术》张永林-第二版课后习题答案

1.1可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？波长：380~780nm 400~760nm 频率：385T~790THz 400T~750THz 能量：1.6~3.2eV1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。

辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。

因为光度参数只适用于0.38~0.78um 的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。

而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。

1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m 的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx ，求出该灯的光通量。

Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mW 。

该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm 。

求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、光出射度。

若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的发射比为0.85，求该屏上的光亮度。

32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.3621.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v v v v vK V lm d I d S RhR R I cddI I I L cd mdS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==52262 4.610/0.0005lm mπ=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v vvv v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6从黑体辐射曲线图可以看书，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长随温度T 的升高而减小。

张永林第二版《光电子技术》课后习题答案

1.1可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？波长：380~780nm 400~760nm 频率：385T~790THz 400T~750THz 能量：1.6~3.2eV1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。

辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。

因为光度参数只适用于0.38~0.78um 的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。

而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+d λ范围内发射的辐射通量 d Φe ，除以该波长λ的光子能量h ν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。

1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m 的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx ，求出该灯的光通量。

Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx1.4一支氦-氖激光器（波长为632.8nm ）发出激光的功率为2mW 。

该激光束的平面发散角为1mrad,激光器的放电毛细管为1mm 。

求出该激光束的光通量、发光强度、光亮度、光出射度。

若激光束投射在10m 远的白色漫反射屏上，该漫反射屏的发射比为0.85，求该屏上的光亮度。

32251122()()()6830.2652100.362()()22(1cos )()0.3621.15102(1cos )2(1cos 0.001) 1.4610/cos cos cos 0()0.3v m e v v v v v v v vv v vK V lm d I d S RhR R I cddI I I L cd m dS S r d M dS λλλλλππθλπθπθθπλ-Φ=Φ=⨯⨯⨯=Φ∆Φ==Ω∆Ω∆∆Ω===-∆Φ===⨯--∆∆====⨯∆Φ==52262 4.610/0.0005lm m π=⨯⨯'2'''222''2'2'100.0005(6)0.850.850.85cos 0.85155/cos 2v vvv v v v v l m r mP d r M E L dS lr L d dM l L cd m d dS d πθπθπ=>>=Φ===⋅⋅Φ====ΩΩ1.6从黑体辐射曲线图可以看书，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长随温度T 的升高而减小。

第二章光辐射的调制

外调制：将光源与调制器分开设立，在光源外的光路上放置调制器，将欲传输的信号加载于调制器，透过光的物理性质将发生变化，实现调制。
• • • • 电光调制声光调制磁光调制热光效应
外调制技术适用于所有光源。
常用方法: 机电振子、旋转调光盘等调制原理：用遮光或改变透过率方式作光通量的幅度调制。应用：常用于光电探测中需要抗干扰的场合
1 U 可在光路中插入 / 4 波晶片，取代 2 2
则只需在晶体上加调制电压
U U m sin t
就可得到正弦调制光强。
I 2 / I1 ~ U
的关系曲线
强度调制器小结：

入射光分解为感应主轴方向的两个传播模；找出相位延迟和外加电压（电场）的关系；加入检偏器得到输出光强随外加电压变化，实现强度调制；加入1/4波片提供固定“偏置”，以得到线性调制。
n E 二次电光效应（Kerr，1875年）介质原本是各向同性晶体。
2
电光调制基于线性电光效应。
晶体的结构特征

空间点阵：晶体是由原子、分子或离子在空间按照一定的规则周期性排列形成的一种晶态固体。结点：晶体中的微粒叫基元，又叫结点。点阵：全部结点的总称叫点阵。晶格：格子状结构的点阵就叫晶格。格点：=结点晶胞：周期重复的最小基本（结构）单位晶胞常量
光在晶体中的传播特性

光在晶体中的传播实际是光与晶体相互作用的结果：介质受到光波电场E作用后产生极化, 极化强度用极化强度矢量P来表示, P与E之间的关系用宏观物理量——极化率χ来描述光辐射场对晶体的极化影响综合效果集中表现为介电常量ε的变化，从而引起折射率变化：

光电技术第二章光辐射的调制

§5 声光调制
声光调制器可以对激光光束产生频移, 实现频率,相位调制,在光外差通讯,光相干测量等方面应用很多,也常用做强度调制器,调制频率可达几十至上百兆赫.
一,声光效应与声光衍射
当一块透明的各向同性介质受外力作用时,介质的折射率会发生变化,这就是所谓的弹光放应,声波是一种机械应力弹性波,当超声波作用于介质时,也会引起弹光效应.通常把超声波引起的弹光效应称为声光效应.当超声波在声光介质内传播时,介质密度疏密交替变化,引起折射率大小的交替变化,这样,可以把在超声波作用下的介质等效为一块"相位光栅" 质等效为一块"相位光栅",即超声光栅.超声光栅的条纹间隔等于超声波的波长λs,超声光栅的作用与光学条纹纹间隔等于超声波的波长λs,超声光栅的作用与光学条纹光栅类似,当入射光束通过时,会被超声光栅衍射,衍射光束的强度,频率,方向都会随超声波场的变化而变化, 所以声波对光的调制提供了一种控制光束的频率,强度和传播方向的简便方法.
数字系统比模拟系统具有的最大优点是不受噪声和失真的干扰, 是不受噪声和失真的干扰,为此付出的代价是系统频带宽度比模拟信号带宽要大的多.具体采用何种调制方式主要取决于: 具体采用何种调制方式主要取决于: (1)应有效的,失真最小的携带并检应有效的, 测信息; 测信息; (2)有利于抑制噪声,满足精度要求; 有利于抑制噪声,满足精度要求; (3)系统易于实现. 系统易于实现.
脉冲调制和数字调制则是对信息信号的幅度按一定规律间隔取样, 的幅度按一定规律间隔取样,而用脉冲序列做载波.如图所示,在脉冲调制中, 列做载波.如图所示,在脉冲调制中,脉冲序列的某一参量随低频调制信号的变化而变化.脉冲调制主要有脉冲调幅而变化.脉冲调制主要有脉冲调幅 ),脉冲调宽 ),脉冲调 ( PAM),脉冲调宽(PWM),脉冲调 ),脉冲调宽( ), ) 脉冲调相( 频(PFM)和脉冲调相(脉冲时间调制 PPM)等形式. )等形式.

第二章-光辐射与光源精选版

红外辐射是介于可见红光与无线电微波之间的光学辐射，波长范围为0.77~1000 m。
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3
§2.2 光辐射的度量
为了对光辐射进行定量描述，需要引入计量光辐射的物理量。而对于光辐射的探测和计量，存在着辐射度学单位和光度学单位两套不同的体系（物理量符号标脚标“e”表示辐射度物理量，脚标“v”表示光度物理量）。后者是考虑到人眼的主观因素后的相应计量学科，其适用性局限于可见光波段；前者则是对电磁辐射能量的客观计量，适用于整个电磁波段。
单位长度内，波动重复的次数（一个波动拥有同样相位的次数），称为波数。在光谱学中，波数即波长的倒数，量纲是[长度]-1，单位惯常采用cm-1。
可见光可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分。 390~770 nm范围的范围内；
紫外辐射紫外辐射比紫光的波长更短，人眼不可感知，波长范围是10~400 nm。
第二章光辐射与光源
任何一种光电系统或光电子器件的使用和评价都离不开特定的光辐射源[产生光辐射的物体，即光源]与光辐射探测器，所以光辐射理论和光电转换的原理是光电探测技术的基础。光源的描述参量有谱特征、波长范围、辐射通量、方向性、时间及空间稳定性，等等。本章将简要介绍光辐射的基本概念和原理、在光电探测技术应用中比较典型的光辐射源，以及光源调制技术；光辐射探测的原理及相应器件的内容安排在第四章。
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5
⑶ 辐射出射度简称辐出度，从辐射源表面单位面积发射出的辐射通量，其中单位波长间隔内的辐射出射度称光谱辐出度。辐出度的定义式 (2.2-2)
单位：瓦特·米-2（W/m2）。 ⑷ 辐射强度辐射强度定义为：点辐射源在给定方向上发射的在单位
立体角内的辐射通量，用Ie表示，即

第二章光辐射的调制.

第二章 无线通信中的调制技术与

张永林第二版《光电子技术》课后习题答案解析

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第二章 光辐射的调制 光电技术教学课件

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第二章无线通信中的调制技术与

第二章光辐射的调制光电技术教学课件

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